芯片性能有望翻番！臺積電3nm工藝或于2年內(nèi)準備就緒

　　10nm都還沒用上，這3nm就要來了，芯片制程工藝是否更新有點快？
臺積電3nm工藝或于2年內(nèi)準備就緒
　　臺積電董事長劉德音（Dr.Mark Liu）證實，該公司的下一代3nm芯片制造節(jié)點，正在按計劃推進之中。作為全球知名的芯片代工制造商，臺積電當前正在建設(shè)3nm生產(chǎn)線，且有望明年轉(zhuǎn)入試生產(chǎn)。與5nm制程節(jié)點相比，3nm可提供幾乎翻番的邏輯密度，輔以11%的性能提升、或27%的能效改進。
　　3nm較5nm制程的增益示例（圖via WCCFTech）
　　積電高管在早前的國際固態(tài)電路會議（ISSCC）演講期間的這番表態(tài)，證實了該公司對下一代制造技術(shù)的信心。
　　在滿足當前和未來產(chǎn)品的日益增長需求的同時，即便汽車領(lǐng)域的產(chǎn)品需求有所提升，也不會對整體產(chǎn)能造成太大影響。
　　需要指出的是，部分媒體誤解了所謂的“3nm工藝提前”。畢竟在主題為《釋放創(chuàng)新未來》的27分鐘演講期間，高管并未直言此事，僅在開頭和結(jié)尾對3nm開發(fā)進度“順口一提”。
　　為提升邏輯密度，需要對相關(guān)技術(shù)展開協(xié)同優(yōu)化，同時也增加了一定的成本。
　　除了透露3nm技術(shù)的發(fā)展正在如期推進且相當順利，劉德音還提供了對3nm工藝的最新數(shù)據(jù)、以及對工藝發(fā)展的看法。
　　他指出，到目前為止，臺積電已出貨約18億片基于7nm工藝節(jié)點的芯片。截止2020年，該公司一直是行業(yè)中的領(lǐng)跑者。
　　得益于極紫外光刻（EUV）技術(shù)，臺積電能夠?qū)崿F(xiàn)更高的保真度、縮短周期、并降低工藝的復雜性和缺陷率。
　　值得一提的是，臺積電在5nm節(jié)點的十層掩模工藝中使用了EUV技術(shù)（具體包括線切割、接觸、金屬線圖案），并用單層EUV取代了早期的多層深紫外（DUV）工藝。
　　隨后劉德音強調(diào)了設(shè)計技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化（DTC），以及該方案在過去幾年中對芯片制造的重要性。對于芯片制造商來說，這使得他們能夠同時使用設(shè)計和制造技術(shù)來滿足性能要求。
　　此外DTCO使得臺積電在衡量節(jié)點的邏輯密度時超越了固有的縮放指標，比如接觸柵間距和最小金屬間距。
　　結(jié)合有源區(qū)上的柵極接觸、單擴散中斷、鰭片減少等特性，還可為3nm工藝節(jié)點帶來1.8倍于5nm的邏輯密度。
　　最后，劉德音披露了公司的未來計劃，包括開發(fā)sub-3D材料和晶圓級單晶六方氮化硼。
　　兩者的特點是能夠在較低的制造溫度下，轉(zhuǎn)移至任意襯底上，從而為在三個維度上制造有源邏輯層和存儲層開辟了新的道路。
　　此外臺積電對于低維材料的研究，包包括一維的碳納米管。借助這一晶體通道的關(guān)鍵，是開發(fā)出一種柵極長度較短的晶體管介電材料。
　　如上圖所示，研究表明這項技術(shù)已有實現(xiàn)的可能。具有高k柵極堆疊能力的新材料，很適合用于制造柵極長度為10nm的晶體管。
　　當然，為了達成如此遠大的目標，臺積電還需要與芯片行業(yè)的所有同行緊密合作，以確保3nm工藝能夠發(fā)展到2倍于當前的性能。
　　考慮到該公司正在量產(chǎn)的5nm順應(yīng)了這一趨勢，即將面世的3nm節(jié)點也有望遵循這一時間安排。
三星去年12月領(lǐng)先臺積電
　　臺積電如此積極地推動技術(shù)革新，恐怕與三星去年12月領(lǐng)先臺積電成為全球頭號晶圓制造商有關(guān)。
　　據(jù)IC Insights報道，2020年12月期間，前五大晶圓制造商的全球產(chǎn)能占比增至54%。你可能會認為臺灣半導體制造公司(TSMC)會領(lǐng)先，考慮到它的客戶包括AMD、蘋果、高通和博通，但這家純代工廠的月產(chǎn)能卻比三星低了約40萬片。
　　三星利潤豐厚的內(nèi)存業(yè)務(wù)無疑是其奪得第一的重要原因，而NVIDIA則在其消費級安培產(chǎn)品線上使用了三星8nm工藝的定制版，在A100加速器上堅持使用臺積電及其7nm FinFET工藝。
　　緊隨臺積電之后，產(chǎn)能排名第三的是美光科技，其月產(chǎn)能超過190萬片。SK海力士排名第四(約185萬片)，然后是存儲器IC供應(yīng)商Kioxia排名第五(160萬片)。英特爾擁有自己的制造廠，以每月88.4萬片晶圓排在第六位。
　　芯片短缺所造成的問題是有據(jù)可查的，影響的行業(yè)包括PC硬件、汽車和游戲機--甚至連拜登政府也參與其中希望解決這一問題。